正航儀器金屬腐蝕后其使用性能
腐燭與防護(hù)學(xué)科是二十世紀(jì)30年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合性、交叉性學(xué)科，現(xiàn)在成 為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，受到越來(lái)越多的重視并不斷地發(fā)展與完善。金屬的腐燭即：金屬材 料在周?chē)h(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用下發(fā)生性能下降、狀態(tài)改變、直至損壞變質(zhì)的一 種現(xiàn)象稱(chēng)。金屬腐蝕后其使用性能顯著降低，不僅危害是金屬本身，更嚴(yán)重的是整個(gè)金 屬設(shè)備因此而受到破壞。據(jù)估計(jì)，全世界每年僅僅因?yàn)楦g而報(bào)廢的金屬量相當(dāng)于金屬 年產(chǎn)量的1/4-1/3。發(fā)達(dá)國(guó)家為解決腐燭問(wèn)題所花的費(fèi)用要占國(guó)民經(jīng)濟(jì)的2-4%,而且逐 年增加。例如：美國(guó)1986年的腐燭損失和防腐費(fèi)用計(jì)為1260億美元：1995年美國(guó)腐蝕 工程師國(guó)際協(xié)會(huì)（NACE international)調(diào)查顯示⑴，美國(guó)每年因腐蝕而受到的經(jīng)濟(jì)損失 已高達(dá)3000億美元，平均每人每年超過(guò)1100美元。而我國(guó)因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失也非 常巨大（2），據(jù)近期的腐燭調(diào)查表明，我國(guó)每年因腐燭造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值 的4"5%,高達(dá)5000億元人民幣。并且隨石油化工等工業(yè)的發(fā)展，腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失 占國(guó)民生產(chǎn)總值的比例有上升趨勢(shì)。
影響石油管道安全輸送的主要失效形式之一就是腐蝕，在“石油管工程” 中腐燭 控制也占有十分重要的位置。根據(jù)中國(guó)腐燭協(xié)會(huì)、中國(guó)石油協(xié)會(huì)、中國(guó)化工協(xié)會(huì)發(fā)布的 資料，在石油和石化行業(yè)，70%的失效和腐燭有關(guān)。油氣田的腐燭事故常常造成重大經(jīng) 濟(jì)損失，幾乎每年都會(huì)發(fā)生因管道而導(dǎo)致的災(zāi)難性事故以及環(huán)境污染，特別是石油天然 氣管道。例如，1988年英國(guó)阿爾法海洋平臺(tái)因腐燭破壞而發(fā)生爆炸，166人死亡，并導(dǎo) 致北海油田當(dāng)年減產(chǎn)12%; 1971年5月，威成天然氣管線受到腐燭而破裂，最終導(dǎo)致 爆炸燃燒，直接損失達(dá)7000萬(wàn)元；1984年10月26日，俄羅斯北部Usinsk地下輸油管 線多處腐燭破裂而造成大量原油泄露，環(huán)境受到污染嚴(yán)重。我國(guó)每年用于石油管材的費(fèi) 用上百億。據(jù)估計(jì)，防腐蝕技術(shù)使用得當(dāng)，腐燭損失中的的3(M0%可以是可以避免的。 可見(jiàn)加強(qiáng)腐燭與防護(hù)研究可為石油工業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。腐燭與防護(hù)研究在國(guó)外是 一個(gè)很興盛的行業(yè)。美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE)主辦的每年一度的國(guó)際性腐燭會(huì)議 中，約6000名代表出席，300余家廠商展出，500余篇宣讀論文和200多個(gè)專(zhuān)題討論會(huì)。 研究較為活躍和較受重視的研究領(lǐng)域之一便是石油工業(yè)腐蝕問(wèn)題。許多分會(huì)場(chǎng)的主席都 是由大石油公司和油田服務(wù)部的專(zhuān)家擔(dān)任。NACE1998中，150余篇報(bào)導(dǎo)石油工業(yè)領(lǐng)域 腐蝕問(wèn)題的研究結(jié)果，其中大石油公司的論文占很高的比例。西方國(guó)家的大石油公司由 于資金雄厚，多數(shù)都有自己專(zhuān)門(mén)從事腐燭研究的機(jī)構(gòu)。
另外，根據(jù)美國(guó)對(duì)腐蝕破壞事故的調(diào)查結(jié)果（1968-1971)（4）：在由于腐燭所造成的 破壞和損失當(dāng)中，腐燭、腐燭疲勞、應(yīng)力腐燭破壞事故所占比例較髙。其中應(yīng)力腐 燭開(kāi)裂約占所有腐燭事故的19%。且應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的特征是幾乎沒(méi)有金屬宏觀體積上的 塑性變形。這就使得應(yīng)力腐燭的破壞事先不易察覺(jué)，且破壞形式嚴(yán)重，成為眾多工業(yè)中 的設(shè)備的較危險(xiǎn)的損傷之一。在濕潤(rùn)硫化氧環(huán)境中的硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂較早是油井用 鋼管的SSCC,時(shí)間可追述到1925年美國(guó)的石油和天然氣開(kāi)釆。之后在日本也發(fā)現(xiàn)了液 化石油氣C罐的硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂問(wèn)題。隨著硫化物應(yīng)力腐燭問(wèn)題在石油的幵釆、煉 制、jit存過(guò)程中不斷暴露，對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的研究也不斷深入。
另一方面，全世界原油開(kāi)采己有100多年的歷史。到目前為止，含硫原油和高含硫 原油的產(chǎn)量已占世界原油總產(chǎn)量的75%,其中硫含量在1%以上的原油占世界原油總產(chǎn) 量的55%以上，硫含量在2%以上的原油占30%以上（5）。國(guó)際上多把含硫量大于2%的原 油稱(chēng)為高硫原油（6），而把含硫量在0.5～2.0%的原油稱(chēng)為含硫原油。一般說(shuō)來(lái)，含硫量 在1%以上的原油在加工過(guò)程中就會(huì)引起嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，所以在行業(yè)內(nèi)部又把含硫量 在1%以上的原油泛稱(chēng)為高硫原油(7)。典型含硫原油的含硫情況如表1.1所列[81。
表1.1典型含硫原油的硫含量 Tab. 1.1 Sulfiir content of typical crude oil
勝利伊朗輕伊朗重阿曼伊拉克輕北海混合卡塔爾沙特輕沙特中沙特重 含硫量 / % 1.00 1.35 1.78 1.15 1.95 1.23 1.42 1.75 2.48 2.83
近些年，全球經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持較快增長(zhǎng)，全球石油石化工業(yè)總體保持良好的發(fā)展趨勢(shì)。 亞太地區(qū)，特別是中國(guó)在全球石化工業(yè)中的地位和作用日益突出，煉油能力占全球的 8%、約占亞太地區(qū)的30%左右。2007年以后，隨著俄羅斯油以及其它進(jìn)口原油比例的 增大，國(guó)內(nèi)原料油中的硫含量和酸值都會(huì)隨之增高，而國(guó)內(nèi)的大多數(shù)煉油裝置都會(huì)不適 應(yīng)這種變化而出現(xiàn)比較嚴(yán)重的設(shè)備腐燭問(wèn)題。因此，有必要針對(duì)這種趨勢(shì)對(duì)裝置中可能 會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重腐燭進(jìn)行確認(rèn)，并采取響應(yīng)的措施來(lái)緩解腐燭。隨著我國(guó)煉油業(yè)煉油能力逐 漸增長(zhǎng)，高含硫油加工量的迅速增加，一些煉廠的設(shè)備、管道的腐蝕明顯加劇。以我國(guó) 某煉廠為例：本人所在課題組與該公司合作參與大型石油煉制設(shè)備的腐蝕診斷，一年半 時(shí)間累積腐蝕案例約30起，約有1/4的案例為應(yīng)力腐燭開(kāi)裂引起；而該公司主要煉制高 含硫原油的新區(qū)建成以來(lái)，短短幾個(gè)月便發(fā)生多起腐蝕案例。由加工高硫油所引起設(shè)備 腐燭問(wèn)題的解決也就顯得尤為重要。